(57)【要約】超高分解能光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）画像を実現する逐次的角度照明のための様々なシステムおよび方法。１つの例示的なＯＣＴシステムは、光源と、ビーム分割器と、サンプルアーム光学系と、検出器と、プロセッサとを含む。光源は、サンプルを照明する光ビームを生成する。ビーム分割器は、光ビームを参照アーム及びサンプルアームに分割する。サンプルアーム光学系は、サンプル内のある位置を異なる角度からの光ビームで逐次的に照明する。検出器は、参照アーム及び各角度で照明されたサンプルから戻った光を受け取り、信号を生成する。プロセッサは信号を結合して、単一の角度から生成される信号から実現される横方向分解能より高い横方向分解能を有する画像を生成する。
2019510962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）システムであって、
サンプルを照明するための光ビームを生成する光源と、
前記光ビームを参照アーム及びサンプルアームに分離するビーム分割器であって、前記サンプルアームは結像対象の前記サンプルを含む、前記ビーム分割器と、
前記サンプル内のある位置を異なる角度からの光ビームで逐次的に照明するサンプルアーム光学系と、
前記参照アーム及び各角度で照明された前記サンプルから戻る光を受け取り、それらの光に応答して信号を生成する検出器と、
前記異なる角度からの信号をコヒーレントに結合して前記サンプルの画像を生成するプロセッサと、を備え、画像の横方向分解能は、単一の角度から生成される信号から実現される横方向分解能よりも高い、光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）システム。
【請求項２】
前記サンプルは眼である、請求項１に記載のＯＣＴシステム。
【請求項３】
前記コヒーレントに結合することは、前記異なる角度からの複素数のＯＣＴデータを平均又は加算することを含む、請求項１に記載のＯＣＴシステム。
【請求項４】
前記サンプルアーム光学系は、前記光ビームを複数のイメージングビームに分割するスプリッタと、光学スイッチとを含み、前記サンプルの異なる角度での逐次的照明は、前記光学スイッチにより実現される、請求項１に記載のＯＣＴシステム。
【請求項５】
前記複数のイメージングビームからのイメージングビームは、前記サンプル上のある点を照明する、請求項４に記載のＯＣＴシステム。
【請求項６】
前記複数のイメージングビームからのイメージングビームは、前記サンプル上のある線を照明する、請求項４に記載のＯＣＴシステム。
【請求項７】
前記ＯＣＴシステムはホロスコピーシステムである、請求項１に記載のＯＣＴシステム。
【請求項８】
前記サンプルアーム光学系はコーナーキューブリフレクタ及び旋回ミラー素子を含み、逐次的角度照明は、前記コーナーキューブリフレクタを使用して、前記旋回ミラー素子上のビームを移動させることによって実現される、請求項１に記載のＯＣＴシステム。
【請求項９】
異なるスキャニング角度により導入される見かけ上の傾きを補償するために前記サンプルアームと前記参照アームとの間に光学位相調節が適用される、請求項１に記載のＯＣＴシステム。
【請求項１０】
なるスキャニング角度により導入される見かけ上の傾きを補償するための前記サンプルアームと前記参照アームとの間の光学位相シフト素子をさらに含む、請求項１に記載のＯＣＴシステム。
【請求項１１】
マルチビーム光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）システムを用いたサンプルの高分解能イメージングの方法であって、
前記サンプル内の異なる位置を、光源を使用した複数のサンプルアームビーム経路を介して照明するステップと、
以前に照明されたサンプル位置のうちの少なくとも１つが、前記サンプル位置に異なる角度で入射する異なるサンプルアームビーム経路によって再び照明されるように前記複数のサンプルアームビーム経路を調節するステップと、
複数のビームコンバイナにおいて、前記サンプルから戻る光と１つ又は複数の参照ビーム経路からの光とを結合するステップと、
各コンバイナからの光を収集して、収集した光に応答して信号を生成するステップと、
各位置での前記異なる角度からの前記信号を結合して前記サンプルの画像を生成するステップであって、前記画像の横方向分解能が単一の角度から生成された信号から実現される横方向分解能よりも高い、前記生成するステップと、
前記画像又はその他の分析結果を記憶又は表示するステップと、
を含む方法。
【請求項１２】
前記サンプルは眼である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
コヒーレントに結合することは、前記異なる角度からの複素数ＯＣＴ信号を平均又は加算することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
２つのサンプルアームビーム経路及び２つの参照ビーム経路が設けられている、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
３つのサンプルアームビーム経路が設けられている、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記調節するステップは、前記サンプルをマルチビームＯＣＴシステムに関して移動させることによって実現される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記調節するステップは、ビーム経路内に位置付けられたスキャニング素子の上で前記サンプルアームビーム経路の位置を変化させることによって実現される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記サンプルアームビーム経路及び参照アームビーム経路のペアの各々を前記結合するステップは、散乱の角度分布を特定する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記サンプルアームビーム経路及び参照アームビーム経路を結合する前に、光学収差を補正するためにデータの位相を１つ又は複数のサンプルアームビーム経路からシフトさせるステップが実行される、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、干渉法によるイメージングシステムの改善に関する。特に、本願は、焦点領域外での信号損失を最小化しつつ、拡張された焦点深度にわたり超高分解能の光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ：ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）画像を実現する逐次的角度照明（ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  ａｎｇｌｅ  ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）のためのシステムと方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
焦点深度と横方向分解能とのトレードオフは、古典的なイメージングシステムでは基本的な問題である。このような古典的システムでの主な解決策は、焦点面を変えながら複数の画像を撮影して複数の平面において高分解能を実現するというものであった。その１つの好例が共焦点顕微鏡であり、この場合、光の焦点を軸方向に段階的に変化させて、一連の高分解能のｅｎ−ｆａｃｅ画像を取得し、それを結合して３Ｄ体積を生成する。
【０００３】
近年、ホロスコピーシステム（ｈｏｌｏｓｃｏｐｉｃ  ｓｙｓｔｅｍｓ）が深度不変横方向分解能（ｄｅｐｔｈ  ｉｎｖａｒｉａｎｔ  ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）を生成する能力を持つと実証されており、この場合、複数の隣接する位置での取得データからの多角度焦点外光を結合することにより、全深度での分解能がビーム焦点における分解能と等しい（例えば、（非特許文献１）に記載されている掃引光源に基づく全視野ホロスコピーシステム及び（特許文献１）に記載されている掃引光源に基づく線形視野ホロスコピーシステムを参照されたく、その各々を参照によって本願に援用する）。しかしながら、ポイントスキャニングホロスコピーシステムは依然として、照明ビーム及び集光システムの開口数（ＮＡ）により得られる分解能に限定されている。ここで、集光システムのＮＡとは、集光システムに戻る光が集束されて参照光と干渉し、信号を生成する範囲のＮＡと定義される。例えば、シングルモードファイバーに基づくＯＣＴシステムの場合、集光システムのＮＡはシングルモードファイバーのＮＡである。視野照明ホロスコピーシステムは、検出器アレイを使用してより高いＮＡで光を集束させることにより、照明ビームの開口数（ＮＡ）により得られるものより高い分解能を実現している（例えば、（特許文献２）を参照されたく、これを参照によって本願に援用する）。しかしながら、これは、照明と集光のためのＮＡのミスマッチにつながり、その結果、焦点面の外にある照明及び集光アパーチャとの間に口径食が発生する。並列化を増進させることによってこの口径食を低減化できるものの、現在のハードウェアによる並列化では１回のデータ取得のためのスキャン速度が遅くなり、それがモーションアーチファクトの問題の原因となる。
【０００４】
ＮＡを増大させ、したがって、画像分解能を照明ビームの分解能より高くするためにこれまでに採用されてきた２つの方式は、１）複数の角度からの照明領域から、検出器アレイの異なる素子へと光を同時に集束させることと、２）照明領域を複数の検出器にわたる検出器アレイ上に結像させることにより、照明領域内のサブ領域が分解されるようにすること、である。
【０００５】
何れの場合も、視野照明ＯＣＴシステム内の集光システムのＮＡが大きくなり、照明及び集光ＮＡ間のミスマッチが生じ、それゆえ、前述のように口径食の問題が発生する。
ＯＣＴにおいて高い横方向分解能を実現するために多角度散乱情報（ａｎｇｕｌａｒ  ｄｉｖｅｒｓｅ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を収集することの重要性はよく認識されており、例えば、（非特許文献２）に記載されている。過去において、間隔の狭いＡスキャン群を連続的に取得した後に、隣接するスキャンから焦点外の多角度散乱情報を結合して焦点のずれたぼけを除去すると、深度不変横方向分解能を生成でき、深い視野深度にわたる分解能が焦点でのシングルビームの分解能により得られることが実証されている（例えば、（非特許文献３）を参照されたい）。
【０００６】
複数の角度でのＯＣＴデータの逐次的取得はこれまでに、スペックル低減（例えば、（非特許文献４）参照）と角度依存散乱光の測定（例えば、（非特許文献５）参照）の両方に関して説明されてきた。
【０００７】
複数の角度からの同時集光が、複数の光ファイバーコレクタを用いたスペックル低減に有効であると実証されている（例えば、（非特許文献６）参照）。しかしながら、照明光からの異なる角度の光の集束はビーム間の重複領域に限定され（焦点面の外では口径食が生じる）、その結果、異なる眼に関して集光ビームの相対位置を再整列させる必要がある。複数の角度からの同時集光はまた、より多くの検出器素子を使用した部分視野システム又は全視野システムの横方向分解能を改善するためにも使用されており、これは大きな視野を照明することによって口径食の問題を克服できる（例えば、（非特許文献７）参照）。しかしながら、これらのシステムは、データ取得チャネルの数が多いために掃引速度が遅く、その結果、（非特許文献７）に記載されているように、モーションアーチファクトにつながる。
【０００８】
ここで出願人は、異なる角度で逐次的にサンプルを照明し、画像化することを通じて、照明ビーム又は集光システムによって得られるものを超える分解能を実現するＯＣＴ及びホロスコピーシステムのための新規技術を提示する。これにより、視野照明システムの口径食の問題を排除しつつ、空間不変高分解能を実現することができる。深度不変分解能はこれまでに実証されているが、異なる角度で逐次的にスキャンすることによってシステムのイメージング分解能を高める可能性については認識されてこなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１４／００２８９７４号明細書
【特許文献２】国際公開第２０１５／１８９１７４号パンフレット
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｄ・ヒルマン（Ｈｉｌｌｍａｎｎ，Ｄ）他著、オプティクス・エクスプレス（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｘｐｒｅｓｓ）、第２０号、ｐ．２１２４７〜６３、２０１２年
【非特許文献２】Ａ．Ｆ．フェルチャ（Ｆｅｒｃｈｅｒ，Ａ．Ｆ．）他著（２００３年）、「光学コヒーレンストモグラフィー−原理と応用（Ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ−ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ａｎｄ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」、レポーツ・オン・プログレス・イン・フィジクス（Ｒｅｐｏｒｔｓ  ｏｎ  Ｐｒｏｇｒｅｓｓ  ｉｎ  Ｐｈｙｓｉｃｓ）、第６６号、ｐ．２３９〜２０３
【非特許文献３】Ｂ．Ｊ．デイヴィス（Ｄａｖｉｓ，Ｂ．Ｊ．）他著（２００８年）、「干渉合成開口顕微鏡：走査型コヒーレント顕微鏡のためのコンピュータ映像法（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：Ｃｏｍｐｕｔｅｄ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｓｃａｎｎｅｄ  Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」、センサーズ（Ｓｅｎｓｏｒｓ）（バーゼル（Ｂａｓｅｌ））、８（６）：ｐ．３９０３〜３９３１
【非特許文献４】Ａ．Ｅ．デジャルダン（Ｄｅｓｊａｒｄｉｎｓ，Ａ．Ｅ．）他著（２００７年）、「スペックル低減のための逐次的角度選択角度分解光コヒーレンストモグラフィー（Ａｎｇｌｅ−ｒｅｓｏｌｖｅｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ  ｗｉｔｈ  ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  ａｎｇｕｌａｒ  ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ  ｆｏｒ  ｓｐｅｃｋｌｅ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）」、オプティクス・エクスプレス（ＯＰＴＩＣＳ  ＥＸＰＲＥＳＳ）、第１５号（１０）：ｐ．６２００
【非特許文献５】Ｂ．Ｊ．ルハン（Ｌｕｊａｎ，Ｂ．Ｊ．）他著（２０１５年）、「指向性光コヒーレンストモグラフィーによる外顆粒層及びヘンレ線維層の正確な測定（Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ  Ｐｒｏｖｉｄｅｓ  Ａｃｃｕｒａｔｅ  Ｏｕｔｅｒ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｌａｙｅｒ  ａｎｄ  Ｈｅｎｌｅ  Ｆｉｂｅｒ  Ｌａｙｅｒ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ）」、レティナ（Ｒｅｔｉｎａ）、第３５号（８）、ｐ．１５１１〜１５２０
【非特許文献６】Ｔ．クライン（Ｋｌｅｉｎ，Ｔ）他著（２０１３年）、「眼科用ＭＨｚ  ＯＣＴにおけるスペックル低減と集光効率改善のためのジョイントアパーチャ検出（Ｊｏｉｎｔ  ａｐｅｒｔｕｒｅ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ｓｐｅｃｋｌｅ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｉｎｃｒｅａｓｅｄ  ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｉｎ  ｏｐｈｔｈａｌｍｉｃ  ＭＨｚ  ＯＣＴ）」、バイオメディカル・オプティクス・エクスプレス（Ｂｉｏｍｅｄ  Ｏｐｔ  Ｅｘｐｒｅｓｓ）、第４号（４）、ｐ．６１９〜６３４
【非特許文献７】Ｄ．ヒルマン（Ｈｉｌｌｍａｎｎ，Ｄ）他著（２０１２年）、「波長掃引光源ＯＣＴにおける軸方向モーションアーチファクト及びフーリエドメインＯＣＴにおける分散を補償するための共通アプローチ（Ｃｏｍｍｏｎ  ａｐｐｒｏａｃｈ  ｆｏｒ  ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｘｉａｌ  ｍｏｔｉｏｎ  ａｒｔｉｆａｃｔｓ  ｉｎ  ｓｗｅｐｔ−ｓｏｕｒｃｅ  ＯＣＴ  ａｎｄ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  ｉｎ  Ｆｏｕｒｉｅｒ−ｄｏｍａｉｎ  ＯＣＴ）」、オプティクス・エクスプレス（Ｏｐｔ  Ｅｘｐｒｅｓｓ）、第２０号（６）、ｐ．６７６１〜６７７６
【発明の概要】
【００１１】
本明細書で説明するシステム及び方法は、口径食効果（ｖｉｇｎｅｔｔｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔｓ）を回避しつつ、照明ビームの分解能を超える分解能を実現する。本明細書で述べたように、逐次的横方向スキャニングは、深度不変分解能を得るために必要な焦点外多角度散乱情報を提供できる。ここで、出願人は、これを異なる角度でサンプル位置を逐次的にスキャンすることに拡張することによって、異なる角度の散乱情報をさらに増大させることができ、シングルスキャンビームにより得られるものより高い横方向分解能を実現できることを認識している。この概念は、ポイントスキャニング及びＯＣＴホロスコピーシステムとマルチビームＯＣＴ及びホロスコピーシステムに関して詳しく説明されているが、視野照明ＯＣＴ及びホロスコピーシステムにも応用できる。
【００１２】
本願に記載される主旨の１つの態様によれば、光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）システムは、サンプルを照明するための光ビームを生成する光源と、光ビームを参照アームとサンプルアームに分離するビーム分割器であって、サンプルアームは結像対象のサンプルを含むビーム分割器と、サンプル内のある位置を異なる角度からの光ビームで逐次的に照明するサンプルアーム光学系と、参照アームと各角度で照明されたサンプルとから戻る光を受け取り、それら光に応答して信号を生成する検出器と、各位置での異なる角度からの信号をコヒーレントに結合してサンプルの画像を生成するプロセッサと、を含み、前記画像の横方向分解能は、単一の角度の照明から得られる信号から実現される横方向分解能よりも高い。
【００１３】
本願に記載される主旨の他の態様によれば、マルチビームＯＣＴシステムを用いたサンプルの高分解能イメージングの方法は、サンプル内の異なる位置を、光源を使用した複数のサンプルアームビーム経路を通じて照明するステップと、以前に照明されたサンプル位置のうちの少なくとも１つが、そのサンプル位置に異なる角度で入射する異なるサンプルアームビーム経路によって再び照明されるように複数のサンプルアームビーム経路を調節するステップと、複数のビームコンバイナにおいて、サンプルから戻る光と１つ又は複数の参照ビーム経路からの光とを結合するステップと、各コンバイナからの光を収集して、収集した光に応答して信号を生成するステップと、各位置での異なる角度からの信号を結合してサンプルの画像を生成するステップであって、前記画像の横方向分解能が単一の角度から生成された信号から実現される横方向分解能よりも高い、生成するステップと、画像又はその他の分析結果を記憶又は表示するステップと、を含む。
【００１４】
本明細書に記載されている特徴は網羅的というわけではなく、当業者にとっては、図面と説明から他の多くの特徴が明らかであろう。さらに、明細書で使用されている文言は基本的に、読みやすさと教示的な目的のために選択されており、本発明の主旨の範囲を限定するものではないことに留意すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】１つの光ビームによる異なる角度でのサンプルの逐次的照明に関する実施形態を実施できる例示的ＯＣＴシステムを示す。
【図２ａ】図２ａ〜２ｄは、複数の光ビームによる異なる角度でのサンプルの照明に関する実施形態を実施するために使用できる例示的マルチビームＯＣＴシステムを示す。図２ａは、２つのサンプル及び参照ビーム経路に基づいてサンプルの画像を生成するマルチビームＯＣＴシステムを示す。しかしながら、これは例示の目的のためにすぎず、３つ以上のサンプル及び参照ビーム経路に基づくサンプリングも可能であり、本開示の範囲に含まれると理解すべきである。
【図２ｂ】図２ｂは、光ビームを２つのサンプルアームビーム経路と１つのみの参照アームビーム経路に分割することに基づいて改善された横方向のサンプル画像を生成するマルチビームＯＣＴシステムの別の変形例を示す。
【図２ｃ】図２ｃは、サンプルを３つの異なる位置で検出する３つのサンプル及び参照アームチャネル又はビーム経路を有するマルチビームＯＣＴシステムを示す。
【図２ｄ】図２ｄは、サンプル上の同じ位置に向けられる３つのサンプルアームチャネル間で切り換えて、サンプルアーム内の光学コンポーネントを移動させずに逐次的角度スキャンを可能にする光学スイッチを備えるマルチビームＯＣＴシステムを示す。
【図３ａ−３ｃ】図３ａは、特定の角度からのサンプル内のある点のスキャニングを示す。図３ｂは、サンプルが回転され、再スキャンされて異なる角度で照明され、その位置においてより多くの多角度情報が収集される例を示す。図３ｃは、光ビームを傾けて、サンプルの同じ点を異なる角度からスキャンすることにより、より多くの多角度情報を得るための代替的な方法を示す。
【図３ｄ−３ｇ】図３ｄ及び３ｅは、図３ｃに示されるサンプル上の光ビームの角度を調節できるサンプルアーム光学系１１５の１つの実施形態を示す。図３ｄは、１つの角度である位置を結像するために位置付けられたコーナーキューブを示す。図３ｅは、サンプル上の同じ位置が異なる角度で結像されることになるようにシフトされたコーナーキューブを示す。図３ｆ及び３ｇは、図３ｄ及び３ｅと同じであるが、サンプルが眼である場合に追加の光学コンポーネントが加えられているサンプルアーム光学系の配置を示す。
【図４】図４ａ〜４ｃは、３つの光ビームによる異なる角度からのサンプル内の３つの隣接点の同時照明を示す。特に、図４ａ及び４ｂは、それぞれ前記照明の側面図と上面図を示す。図４ｃは、サンプル上のビームの位置をサンプル又はビームの移動の何れかを介してシフトしながら、３つのビームにより異なる角度でサンプル上の同じ位置を逐次的に照明する方法を示す。
【図５ａ−５ｃ】図５ａ〜５ｃは、焦点レンズ（例えば、対眼レンズ）に関するビームの３つの異なる配置、位置、及び／又は大きさを示す。特に、図５ａは、３つの小さいビームがレンズ上で相互に近接して位置付けられ、低い信号劣化で角度情報を高密度にサンプリングできる配置を示す。図５ｂは、レンズ全体にわたり分離された、信号劣化は低いが、角度サンプリングは希薄な（ｓｐａｒｓｅ）、高い横方向分解能を可能にする３つの小さいビームを示す。図５ｃは、高い横方向分解能を提供するが信号劣化が高い３つの大きいビームを示す。
【図６】ゼロディレイ参照面がすべてのビーム角度について、図３ｄの回転ミラーの中心におけるビーム位置に対応するビーム角度について実現されたものと同じになることを実証するための例示的な図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本明細書で引用されたすべての特許及び非特許参照文献は、個々の特許及び非特許参照文献の開示について、具体的に個別にその全体を参照により援用すると明示された場合と同様に、その全体が参照によって本願に援用される。
【００１７】
以下に、本発明の理解に役立つ幾つかの用語を含める：
干渉システム：電磁波が重畳され、その電磁波に関する情報が抽出されるシステム。典型的には、少なくとも部分的にコヒーレントな光の１つのビームが分割され、異なる経路へと向けられる。これらの経路は一般にサンプル経路及び参照経路と呼ばれ、サンプル光と参照光とを含む。光路長の差によってそれらの間に位相差が生じ、その結果、強め合いの干渉と弱め合いの干渉が起こる。干渉パターンをさらに分析し、処理して、追加の情報を抽出できる。干渉システムには特殊なケースがあり、例えば、サンプル光及び参照光が共有経路に沿って進むコモンパス干渉計である。
【００１８】
ＯＣＴシステム：ＯＣＴビームに沿ったサンプルの散乱プロファイルを、サンプルから反射された光と参照ビームの干渉を検出して特定し、そのサンプルの３次元（３Ｄ）表現を作成する干渉型イメージングシステム。深さ方向（ｚ）への各散乱プロファイルは、軸方向スキャン、すなわちＡスキャンに再構成される。断面画像（Ｂスキャン）及び、拡張３Ｄ体積は、多数のＡスキャンから構築され、ＯＣＴビームはサンプル上の一組の横方向（ｘ及びｙ）位置へと移動される。ＯＣＴシステムの軸方向分解能は、使用される光源のスペクトルバンド幅に反比例する。横方向分解能は、照明の開口数と検出光学系により規定され、一般に、焦点面から遠ざかると低下する。ＯＣＴシステムは時間領域実施態様及び周波数領域実施態様が存在し、時間領域実施態様は低コヒーレンス干渉法（ＬＣＩ）に基づき、周波数領域実施態様は回折トモグラフィーに基づく。ＯＣＴシステムはポイントスキャニング、マルチビーム、又はフィールドシステムとすることができる。
【００１９】
ホロスコピー：複数の角度からの信号を結合することによってサンプルの３Ｄ表現を空間不変分解能（ｓｐａｔｉａｌｌｙ  ｉｎｖａｒｉａｎｔ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）で再構成するＯＣＴに基づく干渉型周波数領域計算イメージング技術。１つの点、線、又は２次元領域データ取得からの角度情報ではサンプルの前記３Ｄ表現をうまく再構成するのに不十分である場合、２つ又はそれ以上の隣接する位置での取得データを結合してサンプルの前記３Ｄ表現を再構成することができる。ホロスコピーシステムは、ポイントスキャニング、マルチビーム、又はフィールドシステムとすることができる。
【００２０】
空間不変分解能：光学焦点面の軸方向の位置に関係なく一次である横方向分解能である。再構成における光学収差とエラーによって、深さと共に分解能が若干低下し得る。これは、横方向分解能が焦点面から遠ざかると大きく低下するガウス光学と対照的である。
【００２１】
計算補償光学系：デフォーカスより高次での収差の計算による補正。
ポイントスキャニングシステム：サンプルを小さいスポットで横方向にスキャンし、スポットからの後方散乱単一空間モード光を検出する共焦点スキャニングシステム。検出された光は、バランスのとれた検出を行うために２つのチャネルに分光され及び／又は分割され得る。２Ｄ画像又は３Ｄ体積を捕捉するためには、数多くの点を取得しなければならない。
【００２２】
並列ＯＣＴシステム：複数の並列データ取得チャネルを含むＯＣＴシステム。これは、マルチビームシステム又は視野照明システムの何れかの形態をとることができる。
マルチビームシステム：サンプルを複数の共焦点で並行して横方向にスキャンするシステム。マルチビームシステムは典型的に、並列データ取得チャネルの各々に専用の干渉計を用いる。並列データ取得チャネルの各々からの後方散乱サンプル光は、典型的に、並列データ取得チャネルの各々に専用のシングルモードファイバーにおいて結合される。
【００２３】
視野照明システム：サンプルが連続的なライトフィールドで照明され、サンプルがその後、空間分解検出器により検出される干渉型イメージングシステム。これは、合焦スポット又は、各スポットにつき１つの検出器を用いる空間的に分離された複数の合焦スポットを使用するイメージングシステムと対照的である。視野照明システムの例には、線集光型、部分視野、及び全視野システムが含まれる。
【００２４】
線集光型システム：サンプルを線で照明し、後方散乱光を空間分解検出器により検出する視野照明システム。このようなシステムでは典型的に、横方向のスキャニングを行わずにＢスキャンを捕捉できる。サンプルのｅｎ−ｆａｃｅ画像又は体積を取得するために、線はサンプルを通じて１つの横方向にスキャンされなければならない。
【００２５】
部分視野システム：サンプルの、所望の視野より小さい領域を照明し、後方散乱光を空間分解検出器により検出する視野照明システム。所望の視野全体のｅｎ−ｆａｃｅ画像又は体積を取得するために、２つの次元で横方向スキャニングを行う必要がある。部分視野照明は、例えば、低開口数（ＮＡ）ビームにより作られるスポット、線、又は幅広の線、楕円、正方形、又は長方形の照明を含むが、これらに限定されないあらゆる２次元領域とすることができる。
【００２６】
全視野システム：サンプルの視野（ＦＯＶ）全体を１回で照明し、後方散乱光を空間分解検出器で検出する視野照明システム。ｅｎ−ｆａｃｅ画像又は体積を取得するために横方向のスキャニングは不要である。
【００２７】
本願は、サンプル上の同じ位置をＯＣＴ又はホロスコピーシステムを用いて異なる角度の光学スキャンビームで逐次的にスキャニングすることによって多角度散乱情報を増やし、１つのスキャンビームで得られるものを超える深度不変横方向分解能を実現することを説明する。このアイディアは、上で定義したシングルビーム、マルチビーム、及びさらには視野照明ＯＣＴ及びホロスコピーシステムに応用できる。
【００２８】
本発明により複数の角度でサンプルを逐次的に照明して３Ｄ画像データを収集するために使用できる包括的なＦＤ−ＯＣＴシステムが図１に示されている。ＯＣＴシステム１００は光源１０１を含み、典型的な光源には、ＳＤ−ＯＣＴの場合の時間干渉長さの短い広帯域光源又はＳＳ−ＯＣＴの場合の掃引レーザ源が含まれるが、これらに限定されない。光源１０１からの光のビームは、典型的には光ファイバー１０５によりサンプル１１０を照明するように案内される。ボックス１１５は、サンプルアーム内で光ビームをサンプルに送達する役割を果たす光学系を含む。典型的なサンプルアーム光学系１１５は、ファイバーの射出口のビームコリメートレンズと、ファイバーの射出口とサンプルとの間にあり、光のビームがサンプルの画像化対象領域にわたって横方向に（ｘ及びｙに）スキャンされるようにするスキャナと、１つ又は複数の焦点レンズと、を含む。
【００２９】
図１のシステムを使用してサンプル上のある位置の逐次的角度照明を実現するための複数の方法がある。サンプル又は光ビームを調節して異なる角度でサンプルをスキャンするという概念を、図３ａ〜３ｃに関して概括的に説明する。図３ａでは、組織上のある位置が第１の角度でスキャンされる。図３ｂは、サンプルをＯＣＴビームに関して回転させることによってサンプル上の同じ位置が再スキャンされ、したがって、より多くの多角度情報が収集される様子を示している。これは、サンプルを調節可能ステージ上に位置付け、ＯＣＴシステムに関して移動できれば実現できる。これは、人間以外、又は生体外のサンプルに使用できるが、人間の眼の画像化の場合等、サンプルが生体内にある場合は困難であり得る。あるいは、図３ｃに示されるようにＯＣＴビームをサンプルに関して傾けて、この多角度情報を得ることもできる。傾けることは、サンプルアーム光学系１１５をサンプル１１０に関して移動させるか、又は例えば図３ｄ〜３ｇに示され、後で詳しく説明されるように、サンプルアーム光学系１１５の内部の１つ又は複数の素子／コンポーネントを移動させることによって行われてもよい。ＯＣＴビームとサンプルとを相対的に傾けること（ビーム又はサンプルの何れかを回転させることによる）は、データ群を完全に収集してから行う必要はなく、各Ａスキャン、各Ｂスキャンの後、任意の数のＡスキャンの後、又は任意の数の波長の後で行うこともできる点に留意されたい。
【００３０】
図１の説明に戻ると、サンプル上の各角度で照明された位置から散乱した光は、典型的に照明のために光を案内するために使用されるものと同じファイバー１０５において集束される。同じ光源１０１から得られた参照光は、この場合はファイバー１０３及び、調節可能な光学ディレイ付きのレトロリフレクタ１０４を含む別の経路を進む。当業者であれば、透過型の参照経路も使用でき、調節可能なディレイを干渉計のサンプル又は参照アーム内に設置できることがわかる。集束された各角度からのサンプル光は、典型的にはファイバーカプラ１０２内で参照光と結合されて、検出器１２０において光干渉を形成する。シングルファイバーポートが検出器へと至るように示されているが、当業者であれば、様々な設計の干渉計を干渉信号の平衡又は不平衡検出のために使用できることがわかる。検出器１２０は、異なる角度から集束させた光に応答して信号を生成し、生成した信号をプロセッサ１２１に供給し、プロセッサ１２１は異なる角度からの信号をコヒーレントに結合して、サンプルの改善された横方向分解能の画像を生成する。コヒーレント結合は、複素信号又は干渉縞データを平均化するか又は加算することを含む。１つの実施形態において、複素加算は、第２のビームが第１のビームに関してｘ方向に角度シータであると仮定することによって行われ、すると、第２のビームからの複素数信号に位相ランプｅｘｐ（ｉｋｘ）（ｋ＝２パイｓｉｎ（シータ）／ラムダ）が乗算され、続いて、第１のビームからの複素数信号が加算される。その他の実施形態は、後で詳しく説明する。このようにして生成された画像の横方向分解能は各ビームのＮＡより大きい２つのビーム間に広がる角度に対応し、その結果、横方向分解能は、単一の角度でサンプルをスキャンして得られる信号から実現されるものよりも高くなる。
【００３１】
この処理の結果は、プロセッサ１２１又はその他の記憶媒体に保存されるか、ディスプレイ１２２上に表示できる。処理及び保存機能はＯＣＴ機器内に局所化されてもよく、又は機能は収集されたデータが送信される外部の処理ユニット上で行われてもよい。このユニットは、データ処理に専用であるか、ごく一般的な、ＯＣＴ機器の専用ではない他のタスクを実行することもできる。プロセッサ１２１は例えば、ホストプロセッサに渡す前に、又は並列で、データ処理ステップの一部又は全部を実行するフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）、グラフィクス処理ユニット（ＧＰＵ）、システムオンチップ（ＳｏＣ）、又はこれらの組合せを含んでいてもよい。
【００３２】
干渉計におけるサンプルアーム及び参照アームは、バルク光学系、ファイバー光学系、又はハイブリッドバルク光学システムから構成でき、当業者に知られているように、マイケルソン、マッハツェンダ、又はコモンパス型の設計等、異なる構成を有することができる。光ビームとは、本明細書で使用されるかぎり、慎重に方向付けられた光路と解釈すべきである。時間領域システムでは、参照アームは典型的に、調節可能な光学ディレイを有し、干渉を生じさせる。平衡検出システムはＴＤ−ＯＣＴ及びＳＳ−ＯＣＴシステムで使用されることが多く、その一方で分光計はＳＤ−ＯＣＴシステムの検出ポートで使用される。ここに記載されている発明は、何れのタイプのＯＣＴシステムにも応用できる。ポイント及びマルチポイントスキャニングシステムについて詳しく説明されているが、逐次的角度スキャニングは、視野及び部分視野照明ＯＣＴ及びホロスコピーシステムに容易に拡張できる。
【００３３】
フーリエ領域光コヒーレンストモグラフィー（ＦＤ−ＯＣＴ）において、各測定値は実数値スペクトル干渉図（Ｓｊ（ｋ））である。実数値スペクトルデータは典型的に、バックグラウンド除去、分散補正等を含む幾つかの後処理ステップを経る。処理された干渉図のフーリエ変換の結果、複素数ＯＣＴ信号出力Ａｊ（ｚ）＝｜Ａｊ｜ｅｉφが得られる。この複素数ＯＣＴ信号の絶対値｜Ａｊ｜により、異なる経路長で散乱光の強度分布、及びしたがって、サンプル内の深度（ｚ方向）に応じた散乱光が明らかとなる。同様に、位相φｊもまた、複素数ＯＣＴ信号から抽出できる。１カ所の深さに応じた散乱光の分布は、軸スキャン（Ａスキャン）と呼ばれる。サンプル内の隣接する位置で測定されたＡスキャンの群は、サンプルの断面画像（断層写真又はＢスキャン）が生成される。サンプル上の異なる横方向位置で収集されたＢスキャンの集合は、データ体積又はキューブを構成する。
【００３４】
ＯＣＴビームをサンプルに関して傾ける１つの方法は、例えば図３ｄ及び３ｅに示されているように、ビームが異なる位置で焦点レンズに入るようにすることである。この実施形態において、ＯＣＴビーム３０１の変位又は傾きは、コーナーキューブ３０５および旋回ミラー素子３０２を使用して導入される。例えば、モーターがキューブ３０５に接続されていてもよく、モーターはキューブを矢印３０７により示されるように上下方向に移動させて、光ビーム３０１を変位又は傾斜させ、それによって、光ビーム３０１はミラー３０２に異なる位置３０６で当たり（図３ｅ参照）、異なる位置でレンズ３０３を通過し、それによって、光ビーム３０１はサンプル３０４の同じ位置で、ただし異なる角度から合焦する。このような実施形態では、ＯＣＴシステム１００のサンプルアーム光学系１１５は、ファイバーの射出口のコリメートレンズ３００、コーナーキューブ３０５、回転ミラー素子３０２、及び焦点レンズ３０３を含むことができる。コーナーキューブは、スキャニング素子の前又は後に設置できる。
【００３５】
図３ｆ及び３ｇは、サンプルが人間の眼３１８の網膜３１０である場合のサンプルアーム光学系１１５の１つの実施形態を示す。図３ｄ及び３ｅに関して上述したコンポーネントを指すために、同じ参照番号が使用されていることに留意されたい。このような眼科システムが逐次的角度照明を実現するために、光ビームは異なる入射点から瞳孔３１４へと向けられる。システムは、眼３１８の水晶体３１５が、ビーム光３０１を網膜３１０上に合焦させる役割を果たす光学システムの一部であるように設計される。図３ｆに示されるサンプルアーム光学系１１５は、図３ｄ〜３ｅに関して説明したものに基づく。これらは、ファイバーからのビームをコリメートするためのコリメートレンズ３００を含む。電動式コーナーキューブビームリフレクタ３０５は、ビーム経路内で回転ミラー３０２の正面に設置され、ミラーは眼の瞳孔３１４と光学的に共役に設置される。コーナーキューブはまた、スキャニングミラーの後にも設置できる。調節可能な空間距離が設けられたレンズ３１０及び３１２のシステムは典型的に、人間集団に存在する様々な回折エラーを補償するために使用される。網膜表面と共役の像（参照番号３１１により示される）は、レンズ３１０及び３１２の系の内部に示される。前述のように、眼の瞳孔の位置をスキャニングデバイスに関して横方向に調節すれば、網膜での異なるスキャニング角度を導入できる。図３ｇは、コーナーキューブ３０５が並進移動されたときのビーム経路を示しており、その結果、ビームはスキャニングミラー３０２上の異なる位置３０６に当たり、それゆえ、レンズと眼の瞳孔上の異なる位置を通過し、網膜の同じ位置を異なる角度で照明する。
【００３６】
スキャニングミラーを横切るようにビームを並進移動させることによって瞳孔内のビーム位置を変化させるシステムは、光学アセンブリ全体をシフトさせてそれに続く角度シフトさせたスキャンを得る場合よりも、回転ミラーを横切るようにビームをより早くシフトさせ得るという追加の利点を有するであろう。サンプルを予期せず傾けることがないように、能動又は受動トラッキングを同時に行って、眼の瞳孔に関する光学システムの位置を保持することがさらに望ましい。
【００３７】
典型的なホロスコピーシステムにおいて、検出されたライトフィールドは、１つ又は複数の検出器（又は検出器アレイ）がサンプルの共役面に設置されている場合は光学波数ｋ（ｋ＝２π／λ）に応じてｘ及びｙ方向に線形に、及び検出器アレイが瞳孔の共役面に設置されている場合は光学波数ｋに応じてｋｘ及びｋｙ方向に線形にサンプリングされる。前述のように、異なるｋｘ及び／又はｋｙ位置を逐次的に取得する可能性はこれまでに認識されておらず、したがって、（ｋｘ；ｋｙ）空間のサンプリングは、検出器アレイ上での並列取得を通じて行われた。ここで、出願人は異なる角度からの光ビームで照明及び集光することによって（ｋｘ；ｋｙ）−空間をサンプリングした。
【００３８】
異なるｋが取得されると、像は、物体により散乱された光の振幅と位相の分布から物体の散乱ポテンシャルの３次元分布を計算により再構成するというウルフ（Ｗｏｌｆ）の手法に従って、ホロスコピーを用いて再構成できる（Ｅ．ウルフ（Ｗｏｌｆ，Ｅ．（１９６９年）、「ホログラフィデータからの半透明物体の３次元構造の特定（Ｔｈｒｅｅ−ｄｉｅｍｎｓｉｏｎａｌ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｄｅｔｅｒｍｎｉａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｅｍｉ−ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ｏｂｊｅｃｔｓ  ｆｒｏｍ  ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  ｄａｔａ）」、オプティクス・コミュニケーションズ（Ｏｐｔｉｃｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）、第１号（４）、ｐ．１５３〜１５６）。いわゆるフーリエ回折理論は、取得した散乱データのフーリエ変換をサンプルの構造のフーリエ変換に関係付ける。しかしながら、取得した散乱データの３Ｄフーリエ変換による正しい空間不変体積再構成は、取得したデータｋｘ及びｋｙが長方形の格子｛ｋｘ，ｋｙ，ｋｚ｝上でサンプリングされていなければ得られない。しかしながら、ホロスコピーシステムは円形の弧にわたって空間周波数領域のサンプルを生成する（Ａ．Ｃ．カーク（Ｋａｋ，Ａ．Ｃ．）他著、「コンピュータトモグラフィー画像化の原理（Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ｏｆ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｉｍａｇｉｎｇ）１９８８年）：ｋ＿ｚ＝√（ｋΛ２−ｋ＿ｘΛ２−ｋ＿ｙΛ２）。したがって、３Ｄフーリ変換の前に｛ｋｘ，ｋｙ，ｋ｝でサンプリングされた取得データを｛ｋｘ，ｋｙ，ｋｚ｝において均等にサンプリングされるようにリサンプリングするために、周波数領域内で補間を適用することが望ましい。光コヒーレンストモグラフィーにおいて、空間周波数領域内のリサンプリングはスキップされる（例えば、Ａ．Ｆ．フェルチャ（Ｆｅｒｃｈｅｒ，Ａ．Ｆ．）（１９９６年）、「光コヒーレンストモグラフィー（Ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）」、ジャーナル・オブ・バイオメディカル・オプティクス（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  Ｏｐｔｉｃｓ）、第１号（２）、ｐ．１５７〜１７３）。空間周波数領域内のデータを適正な格子にリサンプリングしないと、再構成されたものには焦点ずれのぼけが生じる。
【００３９】
リサンプリングステップの前に、取得したデータは、横方向に沿った２Ｄフーリエ変換（ＦＴ）を使用して空間周波数領域に変換される。ＦＴを効率的に実行するために、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を利用しがちであるため、本明細書では、ＦＦＴという用語をＦＴという用語と互換的に使用する。当業者であれば、信号を空間領域（又は時間領域）と周波数領域との間で変換するために、他の変換の使用を代替的に選択してもよいことがさらにわかり、例えばウェーブレット変換、チャープレット変換、非整数次フーリエ変換等がある。空間周波数領域では、各光学周波数における測定フィールドは次に、参照平面に計算によって伝播される。このステップは、検出器がサンプルとの共役面内に設置され、サンプルアーム内の焦点位置と参照ミラーとの間の光路長の差がマッチングされている場合、すなわち、焦点位置がゼロディレイ位置に対応する場合、省くことができることに留意されたい。その後、上記のリサンプリングを適用して、（ｋｘ，ｋｙ，ｋｚ）で均等にサンプリングされたデータを得る。すると、それによって３Ｄ  ＦＦＴを適用して、データを周波数領域から空間領域に変換して、空間不変分解能でサンプルの散乱ポテンシャルの３Ｄ表現を取得することが可能となる。
【００４０】
同様の結果を得るために使用できる代替的な再構成技術は、例えば、ラルストン（Ｒａｌｓｔｏｎ）他（Ｔ．Ｓ．ラルストン（Ｒａｌｓｔｏｎ，Ｔ．Ｓ．）他著、オプティクス・レターズ（Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．）、第３１号、ｐ．３５８５、２００６年）、ナカムラ他（Ｙ．ナカムラ（Ｎａｋａｍｕｒａ，Ｙ）他著、日本応用物理学会誌（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．）、第４６号、ｐ．１７７４〜１７７８、２００７年）、及びクマル（Ｋｕｍａｒ）他（Ａ．クマル（Ｋｕｍａｒ，Ａ）他著、オプティクス・エクスプレス（Ｏｐｔ．Ｅｘｐｒｅｓｓ）、第２１号、ｐ．１０８５０〜６６、２０１３年；Ａ．クマル（Ｋｕｍａｒ，Ａ．）他著、オプティクス・エクスプレス（Ｏｐｔ．Ｅｘｐｒｅｓｓ）、第２２号、ｐ．１６０６１〜７８、２０１４年）、及び米国特許出願公開第２０１４／０２１８６８４号明細書により説明されている。
【００４１】
本発明の１つの実施形態において、ポイントスキャニングＯＣＴシステムは、複数のホロスコピーデータ群を収集するために使用され（例えば、Ｔ．Ｓ．ラルストン（Ｒａｌｓｔｏｎ，Ｔ．Ｓ．）他著、ネイチャ・フィジクス（Ｎａｔｕｒｅ  Ｐｈｙｓｉｃｓ）、第３号、ｐ．１２９〜１３４、２００７年）に記載されている）、この場合、各データ群は、図１のＯＣＴシステムに関して先に述べたように、サンプル上の所与の各点について、ＯＣＴビームとサンプルとの間の相対角度を変えて収集される。具体的なデータ収集の順序は重要ではない点に留意されたく、角度を逐次的に変化させてホロスコピーデータセットを収集しても、又は角度シフトをインタリーブして、ホロスコピーデータセットを並列に構築することもできる。サンプルとＯＣＴビームとの間の角度を変化させながら、追加の多角度散乱情報が得られる。その後、このようなより多くの多角度情報をホロスコピーによる手法で結合して、サンプルの画像化の横方向分解能を改善できる。
【００４２】
波面収差及び／又は動きにより、ホロスコピーによる手法でデータを再構成することがより困難になる可能性がある。収差又は動きはおそらく、サプアパーチャベースの収差測定及び補正方法によって対処できる（例えば、米国特許出願公開第２０１４／０２１８６８４号明細書を参照されたく、これを参照によって本願に援用する）。図３ｆ及び３ｇに示されるように、各照明角度は瞳孔の異なる位置に入射するため、米国特許出願公開第２０１４／０２１８６８４号明細書に記載されているサブアパーチャは本明細書で説明されている照明角度に対応する。サンプルを所与の入射角で照明する光ビームの各々からｅｎ−ｆａｃｅ画像を生成でき、その後、これらのｅｎ−ｆａｃｅ画像間のシフトを測定し、眼（及びその他のシステム光学系）により導入される波面エラーを特定できる。
【００４３】
この波面エラーが特定されると、取得角度の各々から得られたデータに対応の位相補正を加えることによって、波面エラーを排除し、ｅｎ−ｆａｃｅ画像内の特徴をマッチングさせることができる。波面エラーの補正後、すべてのチャネルを平均することにより、信号をコヒーレントに結合し、すなわち全チャネルの複素平均を計算して１つの高分解能の画像を得る。多角度ビームをホロスコピーによる手法で結合するための代替的な方法の例は、各ビームの波面エラーを個別に特定して補正し、これらをコヒーレントに平均することである。１つのビームに対応する計算波面補正に適用可能な方法は、例えばＳ．Ｇ．アディ（Ａｄｉｅ，Ｓ．Ｇ．）他著（２０１２年）、「広帯域光干渉断層撮影のためのガイドスターベースの計算補償光学系（Ｇｕｉｄｅ−ｓｔａｒ−ｂａｓｅｄ  ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  ａｄａｐｔｉｖｅ  ｏｐｔｉｃｓ  ｆｏｒ  ｂｒｏａｄｂａｎｄ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）」、アプライド・フィジクス・レターズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ）、第１０１号（２２）：ｐ．２２１１１７、及びＮ．Ｄ．シェモンスキ（Ｓｈｅｍｏｎｓｋｉ，Ｎ．Ｄ．）他著（２０１５年）、「生体ヒト網膜の計算による高分解能光学イメージング（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｌｉｖｉｎｇ  ｈｕｍａｎ  ｒｅｔｉｎａ）」、ネイチャ・フォトニクス（Ｎａｔｕｒｅ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ）、第９号（７）、ｐ．４４０〜４４３に記載されている。最小限の波面収差しか存在しないか、収差補正が望まれない場合、多角度ビームを直接的にコヒーレントに平均して現在の波面エラーにより限定された分解能での画像を生成してもよい。
【００４４】
逐次的角度の概念はまた、マルチビームＯＣＴ及びホロスコピーシステムにも応用できる。図２ａ〜２ｄは、複数の光ビームで異なる角度からサンプル上の位置を照明するためのいくつかの例示的なマルチビームＯＣＴシステムを示す。特に、図２ａは、２つのサンプル及び参照ビーム経路に基づいてサンプルの画像を生成するマルチビームＯＣＴシステムを示す。しかしながら、これは例示の目的のためにすぎず、３つ以上のサンプル及び参照ビーム経路に基づくサンプリングも可能であり、本開示の範囲に含まれると理解すべきである。図２ｂは、光ビームを２つのサンプルアームビーム経路と１つのみの参照アームビーム経路に分割することに基づいて改善された横方向のサンプル画像を生成するマルチビームＯＣＴシステムの別の変形例を示す。図２ｃは、サンプルを３つの異なる位置で検出する３つのサンプル及び参照アームチャネル又はビーム経路を有するマルチビームＯＣＴシステムを示す。図２ｄは、サンプル上の同じ位置に向けられる３つのサンプルアームチャネル間で切り換えて、サンプルアーム内の光学コンポーネントを移動させずに逐次的角度スキャンを可能にする光学スイッチを備えるマルチビームＯＣＴシステムを示す。ここで、図２ａ〜２ｄのマルチビームＯＣＴシステムの各々を以下に詳しく説明する。後述の図２ｂ〜２ｄ中では、図２ａに関してすでに説明した要素を指すために同じ参照番号が使用されており、したがって、これらの要素の説明は繰り返さないか、詳しく説明しない点に留意されたい。
【００４５】
図２ａは、２つのサンプルアーム及び参照アーム光ビーム経路によりサンプルを異なる角度で逐次的に照明するマルチビームＯＣＴシステムを示す。光源２０１はサンプル２１０を照明する光ビームを生成し、典型的なサンプルは人間の眼の中の組織である。光スプリッタ２０２は、光源２０１から生成された光を２つの光路に分割し、一方は第１のファイバースプリッタ２０３へと延び、もう一方は第２のファイバースプリッタ２０４へと延びる。１つの光源とスプリッタ２０２の代わりに、２つの別々の光源を使用できる。第１のファイバースプリッタ２０３は受け取った光を第１のサンプルアームビーム経路２０５と第１の参照アームビーム経路２０６に分割する。第２のファイバースプリッタ２０４は受け取った光を第２のサンプルアームビーム経路２０７と第２の参照アームビーム経路２０８に分割する。２つのサンプルアームビーム経路２０５及び２０７はサンプルアーム光学系２０９へと案内され、これはサンプル２１０（例えば、眼）を２つの異なる位置で照明する。２つのビームはサンプルに関して、サンプルの並進移動によって、又はサンプルアーム光学系内の１つ又は複数のスキャニング素子を介してシフトされ、第２のビームはその前に第１のビームによって照明された位置をビームとサンプルとの間の異なる相対角度で照明する。幾つかの実施形態において、サンプルアーム光学系２０９は、光路を傾けるか、又は変位させて、これらが眼の瞳孔を２つの異なる角度で照明するようにする光学系を含む。例えばサンプルアーム２０９は、図３ｆに示され、図１に関して説明されたような光学系１１５を含むことができる。あるいは、ビームの横方向スキャニングは逐次的角度スキャニングにより実現できる。
【００４６】
複数の角度で各位置において照明されたサンプル２１０から散乱した光は典型的に、照明用の光を案内するために使用されたものと同じサンプルアームファイバー２０５及び２０７に集束される。第１のスプリッタ２０３及び第２のスプリッタ２０４から得られた参照光は、この場合にはファイバー２０６及び２０８と、調節可能な光学ディレイを持つレトロリフレクタ２１４を含む別の経路を進む。幾つかの例において、各参照アームビーム経路のために２つのレトロリフレクタが使用されてもよい。第１の位置から収集されたサンプル光２０５は、典型的には同じファイバースプリッタ２０３において対応する参照光２０６と結合されて、第１の検出器２１６において光干渉を形成する。第２の位置から収集されたサンプル光２０７は、典型的には同じファイバースプリッタ２０４において対応する参照光２０８と結合されて、第２の検出器２１８において光干渉を形成する。検出器２１６及び２１８は、２つの位置から収集された光に応答して信号を生成し、生成された信号を処理ユニット２２０に供給する。イメージングプロセスは、関心対象の各位置が少なくとも２つの異なる角度でスキャンされるまで繰り返される。プロセッサ２２０は複数の位置及び角度からの信号を結合して、前述のように、サンプルの改善された横方向分解能の画像を生成する。このように生成された画像の横方向分解能は、単一の角度でサンプルをスキャニングすることから生成される信号により典型的に実現される横方向分解能よりも高い。処理の結果は、処理ユニット２２０もしくはその他の記憶媒体に保存し、又はディスプレイ２２２上に表示することができる。
【００４７】
図２ｂは、２つの光ビーム経路により異なる角度でサンプルを逐次的に照明するマルチビームＯＣＴシステムの他の変形例を示す。光スプリッタ２０２はここで、光源２０１により生成された光をサンプル光ビーム経路２２３及び参照光ビーム経路２２４に分割する。サンプル光ビーム経路２２３は再び、スプリッタ２２５により２つのビーム経路２２６及び２２７に分割される。２つのサンプル光ビーム経路２２６及び２２７は、それぞれ光ファイバーカプラ２２８及び２２９によって、本明細書の他の箇所に述べられているように、サンプル２１０を同じアーム光学系２０８を介して２つの異なる位置で照明するように案内される。すると、２つのサンプルアームビームは、ビームのうちの少なくとも一方が以前に照明されたサンプル上の位置を異なる角度で照明するように調節（スキャニング）される。このスキャニングは、所望の位置のすべてが少なくとも２つの異なる角度で照明されるまで繰り返される。
【００４８】
各角度で照明されたサンプル２１０上の位置から散乱した光は典型的に、照明用の光を案内するために使用されたものと同じファイバーカプラ２２８及び２２９に集束される。スプリッタ２０２により得られた参照光ビーム経路２２４は、この場合には参照ミラー２３０を含む別の経路を進む。ミラー２３０から戻った参照光（参照番号２３１で示される）は、ファイバースプリッタ２３２により分割されて、第１の参照光路２３３及び第２の参照光路２３４を形成する。第１の位置から収集されたサンプル光（参照番号２３５で示される）は、ファイバーカプラ２３７において第１の参照光路２３３と結合され、第１の検出器２１６において光干渉を形成する。第２の位置から収集されたサンプル光（参照番号２３６で示される）は、ファイバーカプラ２３８において第２の参照光路２３４と結合されて、第２の検出器２１８において光干渉を形成する。この図において、検出器２１６及び２１８は平衡検出器であり、干渉信号が２つの経路に分割されてから検出器に入る。その後、サンプル光ビームはサンプルに関して移動されて、サンプル上の位置を異なる角度で照明する。検出器２１６及び２１８は、複数の位置及び角度から収集された光に応答して信号を生成して、生成された信号を処理ユニット２２０に供給し、処理ユニット２２０は複数の位置及び角度からの信号を結合して、サンプルの改善された横方向分解能の画像を生成する。
【００４９】
図２ｃは、３つの光ビームでサンプル２１０上の３つの異なる位置を照明することにより、逐次的角度照明を実現するマルチビームＯＣＴシステムの例を示す。光源２０１は光ビームを生成し、光ビームがスプリッタ２４０により３つに分割される。３つの光ビームは、それぞれスプリッタ２４２ａ、２４２ｂ、２４２ｃによって３つの（サンプル、参照）ビーム経路ペア（２４３ａ、２４４ａ）、（２４３ｂ、２４４ｂ）、及び（２４３ｃ、２４４ｃ）に分割される。３つのサンプルアームビーム経路２４３ａ〜ｃは、図に示されているように、サンプル２１０（例えば、眼）の３つの異なる位置を３つの異なる角度から同時に照明する。図４ａ〜４ｃは、このシステムがその位置を逐次的に異なる角度で照明可能な方法の１つの実施形態を示す。図４ａ及び４ｂは、それぞれ３つのビームの側面図及び上面図を示しており、これらがサンプルに、サンプル上の３つの隣接する位置において異なる角度で入射することを示している。図４ｃは、ビームがサンプル上でスキャンされている間に、又はサンプルが器具に関して移動されているときに、３つのビームがサンプル上の同じ点（線４１０で示される）を異なる角度で逐次的に検出する方法を示す。これは、サンプル上での並進ステージ又はサンプルアーム光学系内のスキャニング素子の何れかによって実現される。矢印４０４で示される図４ｃの上側部分は、ビーム２４３ａが線４１０で示されるサンプル上のある点を結像する初期の照明状態を示す。サンプルが右に移動されると（又はビームが左に移動されると）（図４ａにおいて矢印４０２で示される）、第２の照明状態（参照番号４０６で示される）で、ビーム２４３ｂは、以前に初期の照明におけるビーム２４３ａによりスキャンされた同じ点を異なる角度でスキャンする。サンプル（又は光ビーム）がさらに移動されると、第３の照明状態（矢印４０８で示される）において、ビーム２４３ｃは以前にビーム２４３ａ又は２４３ｂによりスキャンされたサンプル上の同じ位置を異なる角度でスキャンする。この設計では、各ビーム及び対応するデータ取得チャネルでは典型的に、専用の干渉計が利用され、光ファイバーシステムには照明及び集光のために専用のシングルモードファイバー（すなわち、ファイバー２４３ａ、２４３ｂ、及び２４３ｃ）が利用される。
【００５０】
図２ｃに戻ると、各位置及び角度で照明されたサンプル２１０から散乱した光が、典型的には照明用の光を案内するために使用されたものと同じファイバースプリッタ／カプラ２４２ａ〜ｃに集束される。スプリッタ２４２ａ〜ｃから得られた参照光は、この場合にはファイバー２４４ａ〜ｃと、調節可能な光学ディレイを持つレトロリフレクタ２１４を含む別の経路を進む。第１の位置及び角度から収集されたサンプル光２４３ａは、典型的には同じファイバースプリッタ２４２ａにおいて対応する参照光２４４ａと結合され、第１の検出器２４６ａにおいて光干渉を形成する。第２の位置及び角度から収集されたサンプル光２４３ｂは、典型的には同じファイバースプリッタ２４２ｂにおいて対応する参照光２４４ｂと結合されて、第２の検出器２４６ｂにおいて光干渉を形成する。第３の位置及び角度から収集されたサンプル光２４３ｃは、典型的には同じファイバースプリッタ２４２ｃにおいて対応する参照光２４４ｃと結合されて、第３の検出器２４６ｃにおいて光干渉を形成する。すると、ビームがサンプルに関して並進され、それによって各関心対象位置が異なるビームにより異なる角度でサンプリングされる。検出器２４６ａ〜ｃは、３つの位置から複数の角度で収集された光に応答して信号を生成し、生成された信号を処理ユニット２２０に供給する。処理ユニット２２０は、各位置における３つの角度からの信号をコヒーレントに結合して、サンプルの改善された横方向分解能の画像を生成する。
【００５１】
図２ｄは、光学スイッチ２５４を使用して３つの光ビームにより３つの異なる角度でサンプル２１０上の１つの位置を逐次的に照明するマルチビームＯＣＴシステムの他の変形例を示す。これは、図１に関して説明した実施形態と同様である。ここで、サンプル光学系１１５は、光学スイッチ２５４と３つのビーム経路２５５ａ、２５５ｂ、２５５ｃ、コリメートレンズ２５３ａ〜ｃ、及びレンズ２５７を含むが、逐次的角度照明を実現するためにサンプル又は光学系を移動させる必要はなく、これは、光学スイッチを使用して異なるビーム経路をアクティブにすることにより実現される。同じ組織領域を同時にすべての角度で照明するのではなく、組織の領域を異なる角度で逐次的に照明する理由は２つある。第一に、同じ領域を複数のビームで同時に照明することによって、組織上の光の瞬間強度が高まり、組織損傷の可能性が高くなることである。第二に、同じ領域を同時に複数のビームで照明し、そこから光を収集すると、ビーム間にクロストークが発生し、それが組織内の光のコヒーレント干渉と、チャネル間の検出システムへの不要な光結合の原因となりかねないからである。
【００５２】
図のように、光源２１０は光ビームを生成し、光ビームがスプリッタ２５０により参照アームビーム経路２５２及びサンプルアームビーム経路２５５に分割される。サンプルアームビーム経路は光学スイッチ２５４を含み、それによって制御されて、サンプル２１０上の同じ点を、光学スイッチに基づいてビームがアクティブとされる際に依存する特定の角度から逐次的に照明する。例えば、光学スイッチ２５４はサンプル２１０のある点を、まずサンプルアームビーム経路２５５ａで、２番目にサンプルビーム経路２５５ｂで、及び３番目にサンプルビーム経路２５５ｃで照明する。各角度から照明されたサンプル２１０から散乱した光は、典型的には同じファイバースプリッタ２５０において収集され、参照アームビーム経路２５２と結合されて、検出器２５６において光干渉を形成する。検出器２５６は、各角度から収集された光に応答して信号を生成し、生成された信号を処理ユニット２２０に供給し、処理ユニット２２０が３つの角度からの信号をコヒーレントに結合して、サンプルの改善された横方向分解能の画像を生成する。
【００５３】
眼のような生体サンプルからスキャニングする場合、データ取得中の組織の動きが問題として考えられる。眼科の場合、頭の動きが瞳孔への入射位置のシフトにつながり、眼球の回転が網膜上の入射位置に影響を与える可能性がある。したがって、瞳孔又は網膜の何れか又はその両方を追跡し、動きを考慮するためにスキャニングビームを調節するか、又はこれを考慮するためにデータを取得後に補正することが望ましい。
【００５４】
画像品質の改善は、変調周波数が比較的適度である、参照及びサンプルアーム間のゼロディレイ位置から短い距離だけ離れたイメージング深度で実現される傾向がある。スキャン角度を変える際、関心対象物体の参照面に関する位置について注意を払うべきである。各データ取得の画像深度を損なわずに複数の角度からＯＣＴを取得することが可能である。図３ａ〜３ｃ及び４ａ〜４ｃに示されているように、スキャニングが光学システムに関するサンプルの並進により実現されるシステムにおいて、サンプルのイメージング深度は比較的一定に保つことができ、それによってサンプルと参照との間の大きい経路長の差により誘導されるロールオフ効果（ｒｏｌｌ−ｏｆｆ  ｅｆｆｅｃｔｓ）が回避される。
【００５５】
瞳孔面におけるビームの位置と大きさに関するトレードオフがある。物理的制約のほかに、横方向の点像分布関数（ＰＳＦ）の形状、分解能、集光効率その他に関する限定がある。当業者であれば幾つかの構成及び幾つかのビームでも予想できるが、図５ａ〜５ｃでは、３つの異なる照明角度から入射する光ビームで組織を照明する３ビームシステムに関する３つの具体的な例が示されている。これらの３つの異なる照明角度は、各角度／ビームを逐次的に照明するシングルチャネルＯＣＴシステムによっても、又は３つの角度のすべてが並列に、ただし図４ｂに示される組織の上の異なる位置で照明される３チャネルＯＣＴシステムによってもサポートできる。図５ａ〜５ｃにおいて、参照番号５０１はシステムの焦点レンズ（例えば、眼の水晶体）又はサンプルのフーリエ面付近の位置を表し、参照番号５０３は１つの照明ビームを表す。図５ａにおいては、３つの小さいビームが焦点レンズ上で相互に近接して位置付けられている。これによって、個別の焦点の各々から離れた位置での信号劣化が低い、角度情報の高密度サンプリングが可能となる。欠点は、実現可能な横方向分解能が中程度であることである。図５ｂは、小さいビームが焦点レンズ全体にわたり分離されており、それによって焦点から離れた位置での信号劣化が低く、高い横方向分解能を実現できるが、角度サンプリングは希薄となる例を示している。希薄な角度サンプリングは、理想的ではないＰＳＦ形状の原因となる（例えば、Ｔ．グツラー（Ｇｕｔｚｌｅｒ  Ｔ．）、オプティクス・レターズ（Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ）、第３５号、ｐ．１１３６〜１１３８、２０１０年参照）。最後に、図５ｃは、高い横方向分解能と良好なＰＳＦ形状を提供するが、個々の焦点の各々から離れた位置での信号劣化が大きい。この例では、３つの取得角度が用いられているが、２つ又は３つ以上、何れの数の角度も使用できる点に留意されたい。
【００５６】
図３ｄ〜３ｅを参照すると、ＯＣＴシステムは典型的に、１つ又は複数の回転ミラー素子３０２で実現できるようなビームスキャニングを利用する。従来の動作では、ビーム３０１が、スキャンレンズ３０３の光軸上に設置されたミラー３０２の旋回点を中心とする場合、サンプルビームは一定の光路長３０４の表面にほぼ垂直に形成される。物体に入射するビームの角度を変化させることにより、再構成された物体をイメージング範囲内で見かけ上、傾けることができる。この傾きを利用して、ビームがサンプルに入射する角度を正確に測定し、それゆえ、この測定値を利用して、本明細書で述べているような高分解能画像の再構成（空間周波数領域のオフセットを特定する）に役立てることができる。広い視野をスキャンする場合、ゼロディレイに関する傾きにより、物体が利用可能なイメージング範囲の外に出てしまうことがあり得るため、この傾きを低減させることが望ましい。このような場合、追加の位相変調器をシステムに取り入れ、サンプルのこのような見かけ上の傾きに対処することが有利であり得る。
【００５７】
位相変調器は、高速スキャニング光ディレイ（ＲＳＯＤ）（例えば、リュウ・シウメイ（Ｘｉｕｍｅｉ  Ｌｉｕ）他著、「リアルタイム光コヒーレンストモグラフィーのための高速スキャニング全反射光ディレイライン（Ｒａｐｉｄ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  ａｌｌ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｄｅｌａｙ  ｌｉｎｅ  ｆｏｒ  ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）」、オプティクス・レターズ（Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．）、第２９号、ｐ．８０〜８２（２００４年））の形態をとり、見かけ上の傾きを積極的に補償することができる。回転ミラーによるビームスキャニングの場合、これは後にレンズ系によりサンプル上に合焦されるが、サンプルの見かけ上の傾きを補償するための１つの簡単な方法は、ビームをミラーの旋回点（図３ｅの参照番号３０６により示される）から並進移動させることである。ビームがスキャニングミラーの旋回点から並進移動されると、物体でのビーム角度がシフトし、ビームが物体上で並進されているときにビームに位相シフトが導入され、それによって、ゼロディレイ参照面は、回転ミラーの中心にビームが配置されている場合に対応するビーム角度について実現されたように、すべてのビーム角度について同じとなる。これについての簡単な考え方は、回転ミラーを満たす大きいビーム（図６の参照番号６０８で示される）が物体における焦点に到達すると想像することである。収差がないと、大きいビームの全体が焦点面において同じ光路長を有し、これは、ビームが物体をスキャンするときに１つの面６１０（図６）を形成する。大きいビームは多くのより小さいサブビーム（６１１、６１２、６１３）に分解できる。オフセットサブビーム（６１１、６１３）は、中央のサブビーム（６１２）と同じ位置でゼロディレイ深度を有し、これは図３ｄの構成と等しい。
【００５８】
上の説明では、説明を目的として、明細書を十分に理解できるように数多くの具体的な詳細を記した。しかしながら、本願の主題はこれらの具体的な詳細がなくても実施できることが明らかであるはずである。明細書における「１つの実施形態」、「幾つかの実施形態」、又は「ある実施形態」との言及は、その実施形態に関連して説明された特定の特徴、構造、又は特性が説明の１つ又は複数の実施形態に含まれることを意味すると理解すべきである。「１つの実施形態において」、又は「幾つかの実施形態において」という語句が明細書中の様々な箇所で使用されている場合、必ずしもすべてが同じ実施形態を指しているとはかぎらない。
【００５９】
本願の主題の実施形態の上記の説明は、例示と説明を目的として提示されている。これは網羅的としようとするものでも、主題の現在の実施形態を開示されている通りの形態に限定しようとするものでもない。上記の教示を考慮すれば、多くの改良や変更が可能である。主題の現在の実施形態の範囲は、この詳細な説明によってではなく、本願の特許請求の範囲によって限定されることが意図されている。当業者であればわかるように、本願の主題は、その主旨と本質的な特徴から逸脱することなく、他の具体的な形態でも実施されてよい。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図３】
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【図３ｄ】
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【図３ｅ】
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【図３ｆ】
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【図３ｇ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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【国際調査報告】
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